研究、ライフサイエンス教育、STEMアウトリーチのための低コストのスマートフォン蛍光顕微鏡

細胞と組織の発達、構造、機能の理解の多くは、蛍光顕微鏡に由来しています。カラフルで輝く画像の獲得は、味付けされた顕微鏡者からSTEMの学生に至るまでのユーザーを関与させ、興奮させます。蛍光顕微鏡は、数千から数十万米ドルのコストの範囲です。したがって、蛍光顕微鏡の使用は通常、十分に資金提供された機関やバイオテクノロジー企業、研究コア施設、医療研究所に限定されていますが、多くの大学や大学、小学校および中学校（K-12）、および科学では財政的には非実用的です。アウトリーチ設定。この研究では、スマートフォンやタブレットと組み合わせて使用​​すると、ユニットあたり50ドル未満のコストで蛍光顕微鏡を実行するコンポーネントを開発および特徴付けました。Recleational LED懐中電灯と劇場ステージ照明フィルターを再利用して、EGFP、DSRED、MRFP、MCHERRYを含む緑と赤のフルオロフォアを、木材とプレキシグラスでできたシンプルな建物のフレームに表示できるようにしました。Glowscopesと呼ばれるこれらのデバイスは、10 µmの解像度、ライブ標本の蛍光をイメージングすることができ、テストしたすべてのスマートフォンおよびタブレットモデルと互換性がありました。科学グレードの蛍光顕微鏡と比較して、Glowscopeは、薄暗い蛍光と細胞内構造を解決できないことを検出するために必要な感度に制限がある場合があります。心拍数、リズム性、中枢神経系の局所解剖学を含むゼブラフィッシュ胚内で蛍光を見る能力を示します。個々のGlowscopeユニットのコストが低いため、このデバイスはK-12、学部、および科学アウトリーチクラスルームに、実践的な学習活動を生徒に巻き込むことができる蛍光顕微鏡の艦隊を装備するのに役立つと予想しています。

Much of our understanding of cell and tissue development, structure, and function stems from fluorescence microscopy. The acquisition of colorful and glowing images engages and excites users ranging from seasoned microscopists to STEM students. Fluorescence microscopes range in cost from several thousand to several hundred thousand US dollars. Therefore, the use of fluorescence microscopy is typically limited to well-funded institutions and biotechnology companies, research core facilities, and medical laboratories, but is financially impractical at many universities and colleges, primary and secondary schools (K-12), and in science outreach settings. In this study, we developed and characterized components that when used in combination with a smartphone or tablet, perform fluorescence microscopy at a cost of less than $50 US dollars per unit. We re-purposed recreational LED flashlights and theater stage lighting filters to enable viewing of green and red fluorophores including EGFP, DsRed, mRFP, and mCherry on a simple-to-build frame made of wood and plexiglass. These devices, which we refer to as glowscopes, were capable of 10 µm resolution, imaging fluorescence in live specimens, and were compatible with all smartphone and tablet models we tested. In comparison to scientific-grade fluorescence microscopes, glowscopes may have limitations to sensitivity needed to detect dim fluorescence and the inability to resolve subcellular structures. We demonstrate capability of viewing fluorescence within zebrafish embryos, including heart rate, rhythmicity, and regional anatomy of the central nervous system. Due to the low cost of individual glowscope units, we anticipate this device can help to equip K-12, undergraduate, and science outreach classrooms with fleets of fluorescence microscopes that can engage students with hands-on learning activities.